]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/netinet/tcp_syncache.c
MFC r319556:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / netinet / tcp_syncache.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2001 McAfee, Inc.
3  * Copyright (c) 2006,2013 Andre Oppermann, Internet Business Solutions AG
4  * All rights reserved.
5  *
6  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jonathan Lemon
7  * and McAfee Research, the Security Research Division of McAfee, Inc. under
8  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the
9  * DARPA CHATS research program. [2001 McAfee, Inc.]
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  *
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
30  * SUCH DAMAGE.
31  */
32
33 #include <sys/cdefs.h>
34 __FBSDID("$FreeBSD$");
35
36 #include "opt_inet.h"
37 #include "opt_inet6.h"
38 #include "opt_ipsec.h"
39 #include "opt_pcbgroup.h"
40
41 #include <sys/param.h>
42 #include <sys/systm.h>
43 #include <sys/hash.h>
44 #include <sys/refcount.h>
45 #include <sys/kernel.h>
46 #include <sys/sysctl.h>
47 #include <sys/limits.h>
48 #include <sys/lock.h>
49 #include <sys/mutex.h>
50 #include <sys/malloc.h>
51 #include <sys/mbuf.h>
52 #include <sys/proc.h>           /* for proc0 declaration */
53 #include <sys/random.h>
54 #include <sys/socket.h>
55 #include <sys/socketvar.h>
56 #include <sys/syslog.h>
57 #include <sys/ucred.h>
58
59 #include <sys/md5.h>
60 #include <crypto/siphash/siphash.h>
61
62 #include <vm/uma.h>
63
64 #include <net/if.h>
65 #include <net/if_var.h>
66 #include <net/route.h>
67 #include <net/vnet.h>
68
69 #include <netinet/in.h>
70 #include <netinet/in_systm.h>
71 #include <netinet/ip.h>
72 #include <netinet/in_var.h>
73 #include <netinet/in_pcb.h>
74 #include <netinet/ip_var.h>
75 #include <netinet/ip_options.h>
76 #ifdef INET6
77 #include <netinet/ip6.h>
78 #include <netinet/icmp6.h>
79 #include <netinet6/nd6.h>
80 #include <netinet6/ip6_var.h>
81 #include <netinet6/in6_pcb.h>
82 #endif
83 #include <netinet/tcp.h>
84 #ifdef TCP_RFC7413
85 #include <netinet/tcp_fastopen.h>
86 #endif
87 #include <netinet/tcp_fsm.h>
88 #include <netinet/tcp_seq.h>
89 #include <netinet/tcp_timer.h>
90 #include <netinet/tcp_var.h>
91 #include <netinet/tcp_syncache.h>
92 #ifdef INET6
93 #include <netinet6/tcp6_var.h>
94 #endif
95 #ifdef TCP_OFFLOAD
96 #include <netinet/toecore.h>
97 #endif
98
99 #include <netipsec/ipsec_support.h>
100
101 #include <machine/in_cksum.h>
102
103 #include <security/mac/mac_framework.h>
104
105 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookies) = 1;
106 #define V_tcp_syncookies                VNET(tcp_syncookies)
107 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
108     &VNET_NAME(tcp_syncookies), 0,
109     "Use TCP SYN cookies if the syncache overflows");
110
111 static VNET_DEFINE(int, tcp_syncookiesonly) = 0;
112 #define V_tcp_syncookiesonly            VNET(tcp_syncookiesonly)
113 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncookies_only, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
114     &VNET_NAME(tcp_syncookiesonly), 0,
115     "Use only TCP SYN cookies");
116
117 #ifdef TCP_OFFLOAD
118 #define ADDED_BY_TOE(sc) ((sc)->sc_tod != NULL)
119 #endif
120
121 static void      syncache_drop(struct syncache *, struct syncache_head *);
122 static void      syncache_free(struct syncache *);
123 static void      syncache_insert(struct syncache *, struct syncache_head *);
124 static int       syncache_respond(struct syncache *, struct syncache_head *, int,
125                     const struct mbuf *);
126 static struct    socket *syncache_socket(struct syncache *, struct socket *,
127                     struct mbuf *m);
128 static void      syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch,
129                     int docallout);
130 static void      syncache_timer(void *);
131
132 static uint32_t  syncookie_mac(struct in_conninfo *, tcp_seq, uint8_t,
133                     uint8_t *, uintptr_t);
134 static tcp_seq   syncookie_generate(struct syncache_head *, struct syncache *);
135 static struct syncache
136                 *syncookie_lookup(struct in_conninfo *, struct syncache_head *,
137                     struct syncache *, struct tcphdr *, struct tcpopt *,
138                     struct socket *);
139 static void      syncookie_reseed(void *);
140 #ifdef INVARIANTS
141 static int       syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
142                     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
143                     struct socket *lso);
144 #endif
145
146 /*
147  * Transmit the SYN,ACK fewer times than TCP_MAXRXTSHIFT specifies.
148  * 3 retransmits corresponds to a timeout of 3 * (1 + 2 + 4 + 8) == 45 seconds,
149  * the odds are that the user has given up attempting to connect by then.
150  */
151 #define SYNCACHE_MAXREXMTS              3
152
153 /* Arbitrary values */
154 #define TCP_SYNCACHE_HASHSIZE           512
155 #define TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT        30
156
157 static VNET_DEFINE(struct tcp_syncache, tcp_syncache);
158 #define V_tcp_syncache                  VNET(tcp_syncache)
159
160 static SYSCTL_NODE(_net_inet_tcp, OID_AUTO, syncache, CTLFLAG_RW, 0,
161     "TCP SYN cache");
162
163 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, bucketlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
164     &VNET_NAME(tcp_syncache.bucket_limit), 0,
165     "Per-bucket hash limit for syncache");
166
167 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, cachelimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
168     &VNET_NAME(tcp_syncache.cache_limit), 0,
169     "Overall entry limit for syncache");
170
171 SYSCTL_UMA_CUR(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, count, CTLFLAG_VNET,
172     &VNET_NAME(tcp_syncache.zone), "Current number of entries in syncache");
173
174 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, hashsize, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RDTUN,
175     &VNET_NAME(tcp_syncache.hashsize), 0,
176     "Size of TCP syncache hashtable");
177
178 SYSCTL_UINT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rexmtlimit, CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW,
179     &VNET_NAME(tcp_syncache.rexmt_limit), 0,
180     "Limit on SYN/ACK retransmissions");
181
182 VNET_DEFINE(int, tcp_sc_rst_sock_fail) = 1;
183 SYSCTL_INT(_net_inet_tcp_syncache, OID_AUTO, rst_on_sock_fail,
184     CTLFLAG_VNET | CTLFLAG_RW, &VNET_NAME(tcp_sc_rst_sock_fail), 0,
185     "Send reset on socket allocation failure");
186
187 static MALLOC_DEFINE(M_SYNCACHE, "syncache", "TCP syncache");
188
189 #define SCH_LOCK(sch)           mtx_lock(&(sch)->sch_mtx)
190 #define SCH_UNLOCK(sch)         mtx_unlock(&(sch)->sch_mtx)
191 #define SCH_LOCK_ASSERT(sch)    mtx_assert(&(sch)->sch_mtx, MA_OWNED)
192
193 /*
194  * Requires the syncache entry to be already removed from the bucket list.
195  */
196 static void
197 syncache_free(struct syncache *sc)
198 {
199
200         if (sc->sc_ipopts)
201                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
202         if (sc->sc_cred)
203                 crfree(sc->sc_cred);
204 #ifdef MAC
205         mac_syncache_destroy(&sc->sc_label);
206 #endif
207
208         uma_zfree(V_tcp_syncache.zone, sc);
209 }
210
211 void
212 syncache_init(void)
213 {
214         int i;
215
216         V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
217         V_tcp_syncache.bucket_limit = TCP_SYNCACHE_BUCKETLIMIT;
218         V_tcp_syncache.rexmt_limit = SYNCACHE_MAXREXMTS;
219         V_tcp_syncache.hash_secret = arc4random();
220
221         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.hashsize",
222             &V_tcp_syncache.hashsize);
223         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.bucketlimit",
224             &V_tcp_syncache.bucket_limit);
225         if (!powerof2(V_tcp_syncache.hashsize) ||
226             V_tcp_syncache.hashsize == 0) {
227                 printf("WARNING: syncache hash size is not a power of 2.\n");
228                 V_tcp_syncache.hashsize = TCP_SYNCACHE_HASHSIZE;
229         }
230         V_tcp_syncache.hashmask = V_tcp_syncache.hashsize - 1;
231
232         /* Set limits. */
233         V_tcp_syncache.cache_limit =
234             V_tcp_syncache.hashsize * V_tcp_syncache.bucket_limit;
235         TUNABLE_INT_FETCH("net.inet.tcp.syncache.cachelimit",
236             &V_tcp_syncache.cache_limit);
237
238         /* Allocate the hash table. */
239         V_tcp_syncache.hashbase = malloc(V_tcp_syncache.hashsize *
240             sizeof(struct syncache_head), M_SYNCACHE, M_WAITOK | M_ZERO);
241
242 #ifdef VIMAGE
243         V_tcp_syncache.vnet = curvnet;
244 #endif
245
246         /* Initialize the hash buckets. */
247         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
248                 TAILQ_INIT(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_bucket);
249                 mtx_init(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, "tcp_sc_head",
250                          NULL, MTX_DEF);
251                 callout_init_mtx(&V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_timer,
252                          &V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_mtx, 0);
253                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_length = 0;
254                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_sc = &V_tcp_syncache;
255                 V_tcp_syncache.hashbase[i].sch_last_overflow =
256                     -(SYNCOOKIE_LIFETIME + 1);
257         }
258
259         /* Create the syncache entry zone. */
260         V_tcp_syncache.zone = uma_zcreate("syncache", sizeof(struct syncache),
261             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, 0);
262         V_tcp_syncache.cache_limit = uma_zone_set_max(V_tcp_syncache.zone,
263             V_tcp_syncache.cache_limit);
264
265         /* Start the SYN cookie reseeder callout. */
266         callout_init(&V_tcp_syncache.secret.reseed, 1);
267         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[0], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
268         arc4rand(V_tcp_syncache.secret.key[1], SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
269         callout_reset(&V_tcp_syncache.secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz,
270             syncookie_reseed, &V_tcp_syncache);
271 }
272
273 #ifdef VIMAGE
274 void
275 syncache_destroy(void)
276 {
277         struct syncache_head *sch;
278         struct syncache *sc, *nsc;
279         int i;
280
281         /*
282          * Stop the re-seed timer before freeing resources.  No need to
283          * possibly schedule it another time.
284          */
285         callout_drain(&V_tcp_syncache.secret.reseed);
286
287         /* Cleanup hash buckets: stop timers, free entries, destroy locks. */
288         for (i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
289
290                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
291                 callout_drain(&sch->sch_timer);
292
293                 SCH_LOCK(sch);
294                 TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc)
295                         syncache_drop(sc, sch);
296                 SCH_UNLOCK(sch);
297                 KASSERT(TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
298                     ("%s: sch->sch_bucket not empty", __func__));
299                 KASSERT(sch->sch_length == 0, ("%s: sch->sch_length %d not 0",
300                     __func__, sch->sch_length));
301                 mtx_destroy(&sch->sch_mtx);
302         }
303
304         KASSERT(uma_zone_get_cur(V_tcp_syncache.zone) == 0,
305             ("%s: cache_count not 0", __func__));
306
307         /* Free the allocated global resources. */
308         uma_zdestroy(V_tcp_syncache.zone);
309         free(V_tcp_syncache.hashbase, M_SYNCACHE);
310 }
311 #endif
312
313 /*
314  * Inserts a syncache entry into the specified bucket row.
315  * Locks and unlocks the syncache_head autonomously.
316  */
317 static void
318 syncache_insert(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
319 {
320         struct syncache *sc2;
321
322         SCH_LOCK(sch);
323
324         /*
325          * Make sure that we don't overflow the per-bucket limit.
326          * If the bucket is full, toss the oldest element.
327          */
328         if (sch->sch_length >= V_tcp_syncache.bucket_limit) {
329                 KASSERT(!TAILQ_EMPTY(&sch->sch_bucket),
330                         ("sch->sch_length incorrect"));
331                 sc2 = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head);
332                 sch->sch_last_overflow = time_uptime;
333                 syncache_drop(sc2, sch);
334                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_bucketoverflow);
335         }
336
337         /* Put it into the bucket. */
338         TAILQ_INSERT_HEAD(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
339         sch->sch_length++;
340
341 #ifdef TCP_OFFLOAD
342         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
343                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
344
345                 tod->tod_syncache_added(tod, sc->sc_todctx);
346         }
347 #endif
348
349         /* Reinitialize the bucket row's timer. */
350         if (sch->sch_length == 1)
351                 sch->sch_nextc = ticks + INT_MAX;
352         syncache_timeout(sc, sch, 1);
353
354         SCH_UNLOCK(sch);
355
356         TCPSTATES_INC(TCPS_SYN_RECEIVED);
357         TCPSTAT_INC(tcps_sc_added);
358 }
359
360 /*
361  * Remove and free entry from syncache bucket row.
362  * Expects locked syncache head.
363  */
364 static void
365 syncache_drop(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch)
366 {
367
368         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
369
370         TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
371         TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
372         sch->sch_length--;
373
374 #ifdef TCP_OFFLOAD
375         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
376                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
377
378                 tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
379         }
380 #endif
381
382         syncache_free(sc);
383 }
384
385 /*
386  * Engage/reengage time on bucket row.
387  */
388 static void
389 syncache_timeout(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int docallout)
390 {
391         sc->sc_rxttime = ticks +
392                 TCPTV_RTOBASE * (tcp_syn_backoff[sc->sc_rxmits]);
393         sc->sc_rxmits++;
394         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc)) {
395                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
396                 if (docallout)
397                         callout_reset(&sch->sch_timer, sch->sch_nextc - ticks,
398                             syncache_timer, (void *)sch);
399         }
400 }
401
402 /*
403  * Walk the timer queues, looking for SYN,ACKs that need to be retransmitted.
404  * If we have retransmitted an entry the maximum number of times, expire it.
405  * One separate timer for each bucket row.
406  */
407 static void
408 syncache_timer(void *xsch)
409 {
410         struct syncache_head *sch = (struct syncache_head *)xsch;
411         struct syncache *sc, *nsc;
412         int tick = ticks;
413         char *s;
414
415         CURVNET_SET(sch->sch_sc->vnet);
416
417         /* NB: syncache_head has already been locked by the callout. */
418         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
419
420         /*
421          * In the following cycle we may remove some entries and/or
422          * advance some timeouts, so re-initialize the bucket timer.
423          */
424         sch->sch_nextc = tick + INT_MAX;
425
426         TAILQ_FOREACH_SAFE(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash, nsc) {
427                 /*
428                  * We do not check if the listen socket still exists
429                  * and accept the case where the listen socket may be
430                  * gone by the time we resend the SYN/ACK.  We do
431                  * not expect this to happens often. If it does,
432                  * then the RST will be sent by the time the remote
433                  * host does the SYN/ACK->ACK.
434                  */
435                 if (TSTMP_GT(sc->sc_rxttime, tick)) {
436                         if (TSTMP_LT(sc->sc_rxttime, sch->sch_nextc))
437                                 sch->sch_nextc = sc->sc_rxttime;
438                         continue;
439                 }
440                 if (sc->sc_rxmits > V_tcp_syncache.rexmt_limit) {
441                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
442                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Retransmits exhausted, "
443                                     "giving up and removing syncache entry\n",
444                                     s, __func__);
445                                 free(s, M_TCPLOG);
446                         }
447                         syncache_drop(sc, sch);
448                         TCPSTAT_INC(tcps_sc_stale);
449                         continue;
450                 }
451                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
452                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Response timeout, "
453                             "retransmitting (%u) SYN|ACK\n",
454                             s, __func__, sc->sc_rxmits);
455                         free(s, M_TCPLOG);
456                 }
457
458                 syncache_respond(sc, sch, 1, NULL);
459                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_retransmitted);
460                 syncache_timeout(sc, sch, 0);
461         }
462         if (!TAILQ_EMPTY(&(sch)->sch_bucket))
463                 callout_reset(&(sch)->sch_timer, (sch)->sch_nextc - tick,
464                         syncache_timer, (void *)(sch));
465         CURVNET_RESTORE();
466 }
467
468 /*
469  * Find an entry in the syncache.
470  * Returns always with locked syncache_head plus a matching entry or NULL.
471  */
472 static struct syncache *
473 syncache_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head **schp)
474 {
475         struct syncache *sc;
476         struct syncache_head *sch;
477         uint32_t hash;
478
479         /*
480          * The hash is built on foreign port + local port + foreign address.
481          * We rely on the fact that struct in_conninfo starts with 16 bits
482          * of foreign port, then 16 bits of local port then followed by 128
483          * bits of foreign address.  In case of IPv4 address, the first 3
484          * 32-bit words of the address always are zeroes.
485          */
486         hash = jenkins_hash32((uint32_t *)&inc->inc_ie, 5,
487             V_tcp_syncache.hash_secret) & V_tcp_syncache.hashmask;
488
489         sch = &V_tcp_syncache.hashbase[hash];
490         *schp = sch;
491         SCH_LOCK(sch);
492
493         /* Circle through bucket row to find matching entry. */
494         TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash)
495                 if (bcmp(&inc->inc_ie, &sc->sc_inc.inc_ie,
496                     sizeof(struct in_endpoints)) == 0)
497                         break;
498
499         return (sc);    /* Always returns with locked sch. */
500 }
501
502 /*
503  * This function is called when we get a RST for a
504  * non-existent connection, so that we can see if the
505  * connection is in the syn cache.  If it is, zap it.
506  */
507 void
508 syncache_chkrst(struct in_conninfo *inc, struct tcphdr *th)
509 {
510         struct syncache *sc;
511         struct syncache_head *sch;
512         char *s = NULL;
513
514         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
515         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
516
517         /*
518          * Any RST to our SYN|ACK must not carry ACK, SYN or FIN flags.
519          * See RFC 793 page 65, section SEGMENT ARRIVES.
520          */
521         if (th->th_flags & (TH_ACK|TH_SYN|TH_FIN)) {
522                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
523                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST with ACK, SYN or "
524                             "FIN flag set, segment ignored\n", s, __func__);
525                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
526                 goto done;
527         }
528
529         /*
530          * No corresponding connection was found in syncache.
531          * If syncookies are enabled and possibly exclusively
532          * used, or we are under memory pressure, a valid RST
533          * may not find a syncache entry.  In that case we're
534          * done and no SYN|ACK retransmissions will happen.
535          * Otherwise the RST was misdirected or spoofed.
536          */
537         if (sc == NULL) {
538                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
539                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious RST without matching "
540                             "syncache entry (possibly syncookie only), "
541                             "segment ignored\n", s, __func__);
542                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
543                 goto done;
544         }
545
546         /*
547          * If the RST bit is set, check the sequence number to see
548          * if this is a valid reset segment.
549          * RFC 793 page 37:
550          *   In all states except SYN-SENT, all reset (RST) segments
551          *   are validated by checking their SEQ-fields.  A reset is
552          *   valid if its sequence number is in the window.
553          *
554          *   The sequence number in the reset segment is normally an
555          *   echo of our outgoing acknowlegement numbers, but some hosts
556          *   send a reset with the sequence number at the rightmost edge
557          *   of our receive window, and we have to handle this case.
558          */
559         if (SEQ_GEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) &&
560             SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
561                 syncache_drop(sc, sch);
562                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
563                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Our SYN|ACK was rejected, "
564                             "connection attempt aborted by remote endpoint\n",
565                             s, __func__);
566                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_reset);
567         } else {
568                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
569                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: RST with invalid SEQ %u != "
570                             "IRS %u (+WND %u), segment ignored\n",
571                             s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs, sc->sc_wnd);
572                 TCPSTAT_INC(tcps_badrst);
573         }
574
575 done:
576         if (s != NULL)
577                 free(s, M_TCPLOG);
578         SCH_UNLOCK(sch);
579 }
580
581 void
582 syncache_badack(struct in_conninfo *inc)
583 {
584         struct syncache *sc;
585         struct syncache_head *sch;
586
587         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
588         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
589         if (sc != NULL) {
590                 syncache_drop(sc, sch);
591                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_badack);
592         }
593         SCH_UNLOCK(sch);
594 }
595
596 void
597 syncache_unreach(struct in_conninfo *inc, tcp_seq th_seq)
598 {
599         struct syncache *sc;
600         struct syncache_head *sch;
601
602         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
603         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
604         if (sc == NULL)
605                 goto done;
606
607         /* If the sequence number != sc_iss, then it's a bogus ICMP msg */
608         if (ntohl(th_seq) != sc->sc_iss)
609                 goto done;
610
611         /*
612          * If we've rertransmitted 3 times and this is our second error,
613          * we remove the entry.  Otherwise, we allow it to continue on.
614          * This prevents us from incorrectly nuking an entry during a
615          * spurious network outage.
616          *
617          * See tcp_notify().
618          */
619         if ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0 || sc->sc_rxmits < 3 + 1) {
620                 sc->sc_flags |= SCF_UNREACH;
621                 goto done;
622         }
623         syncache_drop(sc, sch);
624         TCPSTAT_INC(tcps_sc_unreach);
625 done:
626         SCH_UNLOCK(sch);
627 }
628
629 /*
630  * Build a new TCP socket structure from a syncache entry.
631  *
632  * On success return the newly created socket with its underlying inp locked.
633  */
634 static struct socket *
635 syncache_socket(struct syncache *sc, struct socket *lso, struct mbuf *m)
636 {
637         struct tcp_function_block *blk;
638         struct inpcb *inp = NULL;
639         struct socket *so;
640         struct tcpcb *tp;
641         int error;
642         char *s;
643
644         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
645
646         /*
647          * Ok, create the full blown connection, and set things up
648          * as they would have been set up if we had created the
649          * connection when the SYN arrived.  If we can't create
650          * the connection, abort it.
651          */
652         so = sonewconn(lso, 0);
653         if (so == NULL) {
654                 /*
655                  * Drop the connection; we will either send a RST or
656                  * have the peer retransmit its SYN again after its
657                  * RTO and try again.
658                  */
659                 TCPSTAT_INC(tcps_listendrop);
660                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
661                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Socket create failed "
662                             "due to limits or memory shortage\n",
663                             s, __func__);
664                         free(s, M_TCPLOG);
665                 }
666                 goto abort2;
667         }
668 #ifdef MAC
669         mac_socketpeer_set_from_mbuf(m, so);
670 #endif
671
672         inp = sotoinpcb(so);
673         inp->inp_inc.inc_fibnum = so->so_fibnum;
674         INP_WLOCK(inp);
675         /*
676          * Exclusive pcbinfo lock is not required in syncache socket case even
677          * if two inpcb locks can be acquired simultaneously:
678          *  - the inpcb in LISTEN state,
679          *  - the newly created inp.
680          *
681          * In this case, an inp cannot be at same time in LISTEN state and
682          * just created by an accept() call.
683          */
684         INP_HASH_WLOCK(&V_tcbinfo);
685
686         /* Insert new socket into PCB hash list. */
687         inp->inp_inc.inc_flags = sc->sc_inc.inc_flags;
688 #ifdef INET6
689         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
690                 inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
691         } else {
692                 inp->inp_vflag &= ~INP_IPV6;
693                 inp->inp_vflag |= INP_IPV4;
694 #endif
695                 inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
696 #ifdef INET6
697         }
698 #endif
699
700         /*
701          * If there's an mbuf and it has a flowid, then let's initialise the
702          * inp with that particular flowid.
703          */
704         if (m != NULL && M_HASHTYPE_GET(m) != M_HASHTYPE_NONE) {
705                 inp->inp_flowid = m->m_pkthdr.flowid;
706                 inp->inp_flowtype = M_HASHTYPE_GET(m);
707         }
708
709         /*
710          * Install in the reservation hash table for now, but don't yet
711          * install a connection group since the full 4-tuple isn't yet
712          * configured.
713          */
714         inp->inp_lport = sc->sc_inc.inc_lport;
715         if ((error = in_pcbinshash_nopcbgroup(inp)) != 0) {
716                 /*
717                  * Undo the assignments above if we failed to
718                  * put the PCB on the hash lists.
719                  */
720 #ifdef INET6
721                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
722                         inp->in6p_laddr = in6addr_any;
723                 else
724 #endif
725                         inp->inp_laddr.s_addr = INADDR_ANY;
726                 inp->inp_lport = 0;
727                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
728                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbinshash failed "
729                             "with error %i\n",
730                             s, __func__, error);
731                         free(s, M_TCPLOG);
732                 }
733                 INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
734                 goto abort;
735         }
736 #ifdef INET6
737         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
738                 struct inpcb *oinp = sotoinpcb(lso);
739                 struct in6_addr laddr6;
740                 struct sockaddr_in6 sin6;
741                 /*
742                  * Inherit socket options from the listening socket.
743                  * Note that in6p_inputopts are not (and should not be)
744                  * copied, since it stores previously received options and is
745                  * used to detect if each new option is different than the
746                  * previous one and hence should be passed to a user.
747                  * If we copied in6p_inputopts, a user would not be able to
748                  * receive options just after calling the accept system call.
749                  */
750                 inp->inp_flags |= oinp->inp_flags & INP_CONTROLOPTS;
751                 if (oinp->in6p_outputopts)
752                         inp->in6p_outputopts =
753                             ip6_copypktopts(oinp->in6p_outputopts, M_NOWAIT);
754
755                 sin6.sin6_family = AF_INET6;
756                 sin6.sin6_len = sizeof(sin6);
757                 sin6.sin6_addr = sc->sc_inc.inc6_faddr;
758                 sin6.sin6_port = sc->sc_inc.inc_fport;
759                 sin6.sin6_flowinfo = sin6.sin6_scope_id = 0;
760                 laddr6 = inp->in6p_laddr;
761                 if (IN6_IS_ADDR_UNSPECIFIED(&inp->in6p_laddr))
762                         inp->in6p_laddr = sc->sc_inc.inc6_laddr;
763                 if ((error = in6_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin6,
764                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
765                         inp->in6p_laddr = laddr6;
766                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
767                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in6_pcbconnect failed "
768                                     "with error %i\n",
769                                     s, __func__, error);
770                                 free(s, M_TCPLOG);
771                         }
772                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
773                         goto abort;
774                 }
775                 /* Override flowlabel from in6_pcbconnect. */
776                 inp->inp_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
777                 inp->inp_flow |= sc->sc_flowlabel;
778         }
779 #endif /* INET6 */
780 #if defined(INET) && defined(INET6)
781         else
782 #endif
783 #ifdef INET
784         {
785                 struct in_addr laddr;
786                 struct sockaddr_in sin;
787
788                 inp->inp_options = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
789                 
790                 if (inp->inp_options == NULL) {
791                         inp->inp_options = sc->sc_ipopts;
792                         sc->sc_ipopts = NULL;
793                 }
794
795                 sin.sin_family = AF_INET;
796                 sin.sin_len = sizeof(sin);
797                 sin.sin_addr = sc->sc_inc.inc_faddr;
798                 sin.sin_port = sc->sc_inc.inc_fport;
799                 bzero((caddr_t)sin.sin_zero, sizeof(sin.sin_zero));
800                 laddr = inp->inp_laddr;
801                 if (inp->inp_laddr.s_addr == INADDR_ANY)
802                         inp->inp_laddr = sc->sc_inc.inc_laddr;
803                 if ((error = in_pcbconnect_mbuf(inp, (struct sockaddr *)&sin,
804                     thread0.td_ucred, m)) != 0) {
805                         inp->inp_laddr = laddr;
806                         if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, NULL, NULL, NULL))) {
807                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: in_pcbconnect failed "
808                                     "with error %i\n",
809                                     s, __func__, error);
810                                 free(s, M_TCPLOG);
811                         }
812                         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
813                         goto abort;
814                 }
815         }
816 #endif /* INET */
817 #if defined(IPSEC) || defined(IPSEC_SUPPORT)
818         /* Copy old policy into new socket's. */
819         if (ipsec_copy_pcbpolicy(sotoinpcb(lso), inp) != 0)
820                 printf("syncache_socket: could not copy policy\n");
821 #endif
822         INP_HASH_WUNLOCK(&V_tcbinfo);
823         tp = intotcpcb(inp);
824         tcp_state_change(tp, TCPS_SYN_RECEIVED);
825         tp->iss = sc->sc_iss;
826         tp->irs = sc->sc_irs;
827         tcp_rcvseqinit(tp);
828         tcp_sendseqinit(tp);
829         blk = sototcpcb(lso)->t_fb;
830         if (blk != tp->t_fb) {
831                 /*
832                  * Our parents t_fb was not the default,
833                  * we need to release our ref on tp->t_fb and 
834                  * pickup one on the new entry.
835                  */
836                 struct tcp_function_block *rblk;
837                 
838                 rblk = find_and_ref_tcp_fb(blk);
839                 KASSERT(rblk != NULL,
840                     ("cannot find blk %p out of syncache?", blk));
841                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)
842                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_fini)(tp);
843                 refcount_release(&tp->t_fb->tfb_refcnt);
844                 tp->t_fb = rblk;
845                 if (tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init) {
846                         (*tp->t_fb->tfb_tcp_fb_init)(tp);
847                 }
848         }               
849         tp->snd_wl1 = sc->sc_irs;
850         tp->snd_max = tp->iss + 1;
851         tp->snd_nxt = tp->iss + 1;
852         tp->rcv_up = sc->sc_irs + 1;
853         tp->rcv_wnd = sc->sc_wnd;
854         tp->rcv_adv += tp->rcv_wnd;
855         tp->last_ack_sent = tp->rcv_nxt;
856
857         tp->t_flags = sototcpcb(lso)->t_flags & (TF_NOPUSH|TF_NODELAY);
858         if (sc->sc_flags & SCF_NOOPT)
859                 tp->t_flags |= TF_NOOPT;
860         else {
861                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
862                         tp->t_flags |= TF_REQ_SCALE|TF_RCVD_SCALE;
863                         tp->snd_scale = sc->sc_requested_s_scale;
864                         tp->request_r_scale = sc->sc_requested_r_scale;
865                 }
866                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
867                         tp->t_flags |= TF_REQ_TSTMP|TF_RCVD_TSTMP;
868                         tp->ts_recent = sc->sc_tsreflect;
869                         tp->ts_recent_age = tcp_ts_getticks();
870                         tp->ts_offset = sc->sc_tsoff;
871                 }
872 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
873                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
874                         tp->t_flags |= TF_SIGNATURE;
875 #endif
876                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
877                         tp->t_flags |= TF_SACK_PERMIT;
878         }
879
880         if (sc->sc_flags & SCF_ECN)
881                 tp->t_flags |= TF_ECN_PERMIT;
882
883         /*
884          * Set up MSS and get cached values from tcp_hostcache.
885          * This might overwrite some of the defaults we just set.
886          */
887         tcp_mss(tp, sc->sc_peer_mss);
888
889         /*
890          * If the SYN,ACK was retransmitted, indicate that CWND to be
891          * limited to one segment in cc_conn_init().
892          * NB: sc_rxmits counts all SYN,ACK transmits, not just retransmits.
893          */
894         if (sc->sc_rxmits > 1)
895                 tp->snd_cwnd = 1;
896
897 #ifdef TCP_OFFLOAD
898         /*
899          * Allow a TOE driver to install its hooks.  Note that we hold the
900          * pcbinfo lock too and that prevents tcp_usr_accept from accepting a
901          * new connection before the TOE driver has done its thing.
902          */
903         if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
904                 struct toedev *tod = sc->sc_tod;
905
906                 tod->tod_offload_socket(tod, sc->sc_todctx, so);
907         }
908 #endif
909         /*
910          * Copy and activate timers.
911          */
912         tp->t_keepinit = sototcpcb(lso)->t_keepinit;
913         tp->t_keepidle = sototcpcb(lso)->t_keepidle;
914         tp->t_keepintvl = sototcpcb(lso)->t_keepintvl;
915         tp->t_keepcnt = sototcpcb(lso)->t_keepcnt;
916         tcp_timer_activate(tp, TT_KEEP, TP_KEEPINIT(tp));
917
918         TCPSTAT_INC(tcps_accepts);
919         return (so);
920
921 abort:
922         INP_WUNLOCK(inp);
923 abort2:
924         if (so != NULL)
925                 soabort(so);
926         return (NULL);
927 }
928
929 /*
930  * This function gets called when we receive an ACK for a
931  * socket in the LISTEN state.  We look up the connection
932  * in the syncache, and if its there, we pull it out of
933  * the cache and turn it into a full-blown connection in
934  * the SYN-RECEIVED state.
935  *
936  * On syncache_socket() success the newly created socket
937  * has its underlying inp locked.
938  */
939 int
940 syncache_expand(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
941     struct socket **lsop, struct mbuf *m)
942 {
943         struct syncache *sc;
944         struct syncache_head *sch;
945         struct syncache scs;
946         char *s;
947
948         /*
949          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
950          * and create a new socket.
951          */
952         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
953         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_ACK,
954             ("%s: can handle only ACK", __func__));
955
956         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked sch */
957         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
958
959 #ifdef INVARIANTS
960         /*
961          * Test code for syncookies comparing the syncache stored
962          * values with the reconstructed values from the cookie.
963          */
964         if (sc != NULL)
965                 syncookie_cmp(inc, sch, sc, th, to, *lsop);
966 #endif
967
968         if (sc == NULL) {
969                 /*
970                  * There is no syncache entry, so see if this ACK is
971                  * a returning syncookie.  To do this, first:
972                  *  A. Check if syncookies are used in case of syncache
973                  *     overflows
974                  *  B. See if this socket has had a syncache entry dropped in
975                  *     the recent past. We don't want to accept a bogus
976                  *     syncookie if we've never received a SYN or accept it
977                  *     twice.
978                  *  C. check that the syncookie is valid.  If it is, then
979                  *     cobble up a fake syncache entry, and return.
980                  */
981                 if (!V_tcp_syncookies) {
982                         SCH_UNLOCK(sch);
983                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
984                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
985                                     "segment rejected (syncookies disabled)\n",
986                                     s, __func__);
987                         goto failed;
988                 }
989                 if (!V_tcp_syncookiesonly &&
990                     sch->sch_last_overflow < time_uptime - SYNCOOKIE_LIFETIME) {
991                         SCH_UNLOCK(sch);
992                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
993                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Spurious ACK, "
994                                     "segment rejected (no syncache entry)\n",
995                                     s, __func__);
996                         goto failed;
997                 }
998                 bzero(&scs, sizeof(scs));
999                 sc = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, *lsop);
1000                 SCH_UNLOCK(sch);
1001                 if (sc == NULL) {
1002                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1003                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment failed "
1004                                     "SYNCOOKIE authentication, segment rejected "
1005                                     "(probably spoofed)\n", s, __func__);
1006                         goto failed;
1007                 }
1008 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1009                 /* If received ACK has MD5 signature, check it. */
1010                 if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) != 0 &&
1011                     (!TCPMD5_ENABLED() ||
1012                     TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)) {
1013                         /* Drop the ACK. */
1014                         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1015                                 log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment rejected, "
1016                                     "MD5 signature doesn't match.\n",
1017                                     s, __func__);
1018                                 free(s, M_TCPLOG);
1019                         }
1020                         TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_sigopt);
1021                         return (-1); /* Do not send RST */
1022                 }
1023 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1024         } else {
1025 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1026                 /*
1027                  * If listening socket requested TCP digests, check that
1028                  * received ACK has signature and it is correct.
1029                  * If not, drop the ACK and leave sc entry in th cache,
1030                  * because SYN was received with correct signature.
1031                  */
1032                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1033                         if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) == 0) {
1034                                 /* No signature */
1035                                 TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_nosigopt);
1036                                 SCH_UNLOCK(sch);
1037                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1038                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1039                                             "rejected, MD5 signature wasn't "
1040                                             "provided.\n", s, __func__);
1041                                         free(s, M_TCPLOG);
1042                                 }
1043                                 return (-1); /* Do not send RST */
1044                         }
1045                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1046                             TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0) {
1047                                 /* Doesn't match or no SA */
1048                                 SCH_UNLOCK(sch);
1049                                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1050                                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Segment "
1051                                             "rejected, MD5 signature doesn't "
1052                                             "match.\n", s, __func__);
1053                                         free(s, M_TCPLOG);
1054                                 }
1055                                 return (-1); /* Do not send RST */
1056                         }
1057                 }
1058 #endif /* TCP_SIGNATURE */
1059                 /*
1060                  * Pull out the entry to unlock the bucket row.
1061                  * 
1062                  * NOTE: We must decrease TCPS_SYN_RECEIVED count here, not
1063                  * tcp_state_change().  The tcpcb is not existent at this
1064                  * moment.  A new one will be allocated via syncache_socket->
1065                  * sonewconn->tcp_usr_attach in TCPS_CLOSED state, then
1066                  * syncache_socket() will change it to TCPS_SYN_RECEIVED.
1067                  */
1068                 TCPSTATES_DEC(TCPS_SYN_RECEIVED);
1069                 TAILQ_REMOVE(&sch->sch_bucket, sc, sc_hash);
1070                 sch->sch_length--;
1071 #ifdef TCP_OFFLOAD
1072                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1073                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1074
1075                         tod->tod_syncache_removed(tod, sc->sc_todctx);
1076                 }
1077 #endif
1078                 SCH_UNLOCK(sch);
1079         }
1080
1081         /*
1082          * Segment validation:
1083          * ACK must match our initial sequence number + 1 (the SYN|ACK).
1084          */
1085         if (th->th_ack != sc->sc_iss + 1) {
1086                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1087                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: ACK %u != ISS+1 %u, segment "
1088                             "rejected\n", s, __func__, th->th_ack, sc->sc_iss);
1089                 goto failed;
1090         }
1091
1092         /*
1093          * The SEQ must fall in the window starting at the received
1094          * initial receive sequence number + 1 (the SYN).
1095          */
1096         if (SEQ_LEQ(th->th_seq, sc->sc_irs) ||
1097             SEQ_GT(th->th_seq, sc->sc_irs + sc->sc_wnd)) {
1098                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1099                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SEQ %u != IRS+1 %u, segment "
1100                             "rejected\n", s, __func__, th->th_seq, sc->sc_irs);
1101                 goto failed;
1102         }
1103
1104         /*
1105          * If timestamps were not negotiated during SYN/ACK they
1106          * must not appear on any segment during this session.
1107          */
1108         if (!(sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS)) {
1109                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1110                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp not expected, "
1111                             "segment rejected\n", s, __func__);
1112                 goto failed;
1113         }
1114
1115         /*
1116          * If timestamps were negotiated during SYN/ACK they should
1117          * appear on every segment during this session.
1118          * XXXAO: This is only informal as there have been unverified
1119          * reports of non-compliants stacks.
1120          */
1121         if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && !(to->to_flags & TOF_TS)) {
1122                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL))) {
1123                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Timestamp missing, "
1124                             "no action\n", s, __func__);
1125                         free(s, M_TCPLOG);
1126                         s = NULL;
1127                 }
1128         }
1129
1130         /*
1131          * If timestamps were negotiated, the reflected timestamp
1132          * must be equal to what we actually sent in the SYN|ACK
1133          * except in the case of 0. Some boxes are known for sending
1134          * broken timestamp replies during the 3whs (and potentially
1135          * during the connection also).
1136          *
1137          * Accept the final ACK of 3whs with reflected timestamp of 0
1138          * instead of sending a RST and deleting the syncache entry.
1139          */
1140         if ((to->to_flags & TOF_TS) && to->to_tsecr &&
1141             to->to_tsecr != sc->sc_ts) {
1142                 if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)))
1143                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: TSECR %u != TS %u, "
1144                             "segment rejected\n",
1145                             s, __func__, to->to_tsecr, sc->sc_ts);
1146                 goto failed;
1147         }
1148
1149         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1150
1151         if (*lsop == NULL)
1152                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1153         else
1154                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1155
1156 /* how do we find the inp for the new socket? */
1157         if (sc != &scs)
1158                 syncache_free(sc);
1159         return (1);
1160 failed:
1161         if (sc != NULL && sc != &scs)
1162                 syncache_free(sc);
1163         if (s != NULL)
1164                 free(s, M_TCPLOG);
1165         *lsop = NULL;
1166         return (0);
1167 }
1168
1169 #ifdef TCP_RFC7413
1170 static void
1171 syncache_tfo_expand(struct syncache *sc, struct socket **lsop, struct mbuf *m,
1172     uint64_t response_cookie)
1173 {
1174         struct inpcb *inp;
1175         struct tcpcb *tp;
1176         unsigned int *pending_counter;
1177
1178         /*
1179          * Global TCP locks are held because we manipulate the PCB lists
1180          * and create a new socket.
1181          */
1182         INP_INFO_RLOCK_ASSERT(&V_tcbinfo);
1183
1184         pending_counter = intotcpcb(sotoinpcb(*lsop))->t_tfo_pending;
1185         *lsop = syncache_socket(sc, *lsop, m);
1186         if (*lsop == NULL) {
1187                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_aborted);
1188                 atomic_subtract_int(pending_counter, 1);
1189         } else {
1190                 inp = sotoinpcb(*lsop);
1191                 tp = intotcpcb(inp);
1192                 tp->t_flags |= TF_FASTOPEN;
1193                 tp->t_tfo_cookie = response_cookie;
1194                 tp->snd_max = tp->iss;
1195                 tp->snd_nxt = tp->iss;
1196                 tp->t_tfo_pending = pending_counter;
1197                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_completed);
1198         }
1199 }
1200 #endif /* TCP_RFC7413 */
1201
1202 /*
1203  * Given a LISTEN socket and an inbound SYN request, add
1204  * this to the syn cache, and send back a segment:
1205  *      <SEQ=ISS><ACK=RCV_NXT><CTL=SYN,ACK>
1206  * to the source.
1207  *
1208  * IMPORTANT NOTE: We do _NOT_ ACK data that might accompany the SYN.
1209  * Doing so would require that we hold onto the data and deliver it
1210  * to the application.  However, if we are the target of a SYN-flood
1211  * DoS attack, an attacker could send data which would eventually
1212  * consume all available buffer space if it were ACKed.  By not ACKing
1213  * the data, we avoid this DoS scenario.
1214  *
1215  * The exception to the above is when a SYN with a valid TCP Fast Open (TFO)
1216  * cookie is processed, V_tcp_fastopen_enabled set to true, and the
1217  * TCP_FASTOPEN socket option is set.  In this case, a new socket is created
1218  * and returned via lsop, the mbuf is not freed so that tcp_input() can
1219  * queue its data to the socket, and 1 is returned to indicate the
1220  * TFO-socket-creation path was taken.
1221  */
1222 int
1223 syncache_add(struct in_conninfo *inc, struct tcpopt *to, struct tcphdr *th,
1224     struct inpcb *inp, struct socket **lsop, struct mbuf *m, void *tod,
1225     void *todctx)
1226 {
1227         struct tcpcb *tp;
1228         struct socket *so;
1229         struct syncache *sc = NULL;
1230         struct syncache_head *sch;
1231         struct mbuf *ipopts = NULL;
1232         u_int ltflags;
1233         int win, sb_hiwat, ip_ttl, ip_tos;
1234         char *s;
1235         int rv = 0;
1236 #ifdef INET6
1237         int autoflowlabel = 0;
1238 #endif
1239 #ifdef MAC
1240         struct label *maclabel;
1241 #endif
1242         struct syncache scs;
1243         struct ucred *cred;
1244 #ifdef TCP_RFC7413
1245         uint64_t tfo_response_cookie;
1246         int tfo_cookie_valid = 0;
1247         int tfo_response_cookie_valid = 0;
1248 #endif
1249
1250         INP_WLOCK_ASSERT(inp);                  /* listen socket */
1251         KASSERT((th->th_flags & (TH_RST|TH_ACK|TH_SYN)) == TH_SYN,
1252             ("%s: unexpected tcp flags", __func__));
1253
1254         /*
1255          * Combine all so/tp operations very early to drop the INP lock as
1256          * soon as possible.
1257          */
1258         so = *lsop;
1259         tp = sototcpcb(so);
1260         cred = crhold(so->so_cred);
1261
1262 #ifdef INET6
1263         if ((inc->inc_flags & INC_ISIPV6) &&
1264             (inp->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL))
1265                 autoflowlabel = 1;
1266 #endif
1267         ip_ttl = inp->inp_ip_ttl;
1268         ip_tos = inp->inp_ip_tos;
1269         win = sbspace(&so->so_rcv);
1270         sb_hiwat = so->so_rcv.sb_hiwat;
1271         ltflags = (tp->t_flags & (TF_NOOPT | TF_SIGNATURE));
1272
1273 #ifdef TCP_RFC7413
1274         if (V_tcp_fastopen_enabled && (tp->t_flags & TF_FASTOPEN) &&
1275             (tp->t_tfo_pending != NULL) && (to->to_flags & TOF_FASTOPEN)) {
1276                 /*
1277                  * Limit the number of pending TFO connections to
1278                  * approximately half of the queue limit.  This prevents TFO
1279                  * SYN floods from starving the service by filling the
1280                  * listen queue with bogus TFO connections.
1281                  */
1282                 if (atomic_fetchadd_int(tp->t_tfo_pending, 1) <=
1283                     (so->so_qlimit / 2)) {
1284                         int result;
1285
1286                         result = tcp_fastopen_check_cookie(inc,
1287                             to->to_tfo_cookie, to->to_tfo_len,
1288                             &tfo_response_cookie);
1289                         tfo_cookie_valid = (result > 0);
1290                         tfo_response_cookie_valid = (result >= 0);
1291                 } else
1292                         atomic_subtract_int(tp->t_tfo_pending, 1);
1293         }
1294 #endif
1295
1296         /* By the time we drop the lock these should no longer be used. */
1297         so = NULL;
1298         tp = NULL;
1299
1300 #ifdef MAC
1301         if (mac_syncache_init(&maclabel) != 0) {
1302                 INP_WUNLOCK(inp);
1303                 goto done;
1304         } else
1305                 mac_syncache_create(maclabel, inp);
1306 #endif
1307 #ifdef TCP_RFC7413
1308         if (!tfo_cookie_valid)
1309 #endif
1310                 INP_WUNLOCK(inp);
1311
1312         /*
1313          * Remember the IP options, if any.
1314          */
1315 #ifdef INET6
1316         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1317 #endif
1318 #ifdef INET
1319                 ipopts = (m) ? ip_srcroute(m) : NULL;
1320 #else
1321                 ipopts = NULL;
1322 #endif
1323
1324 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1325         /*
1326          * If listening socket requested TCP digests, check that received
1327          * SYN has signature and it is correct. If signature doesn't match
1328          * or TCP_SIGNATURE support isn't enabled, drop the packet.
1329          */
1330         if (ltflags & TF_SIGNATURE) {
1331                 if ((to->to_flags & TOF_SIGNATURE) == 0) {
1332                         TCPSTAT_INC(tcps_sig_err_nosigopt);
1333                         goto done;
1334                 }
1335                 if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1336                     TCPMD5_INPUT(m, th, to->to_signature) != 0)
1337                         goto done;
1338         }
1339 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1340         /*
1341          * See if we already have an entry for this connection.
1342          * If we do, resend the SYN,ACK, and reset the retransmit timer.
1343          *
1344          * XXX: should the syncache be re-initialized with the contents
1345          * of the new SYN here (which may have different options?)
1346          *
1347          * XXX: We do not check the sequence number to see if this is a
1348          * real retransmit or a new connection attempt.  The question is
1349          * how to handle such a case; either ignore it as spoofed, or
1350          * drop the current entry and create a new one?
1351          */
1352         sc = syncache_lookup(inc, &sch);        /* returns locked entry */
1353         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1354         if (sc != NULL) {
1355 #ifdef TCP_RFC7413
1356                 if (tfo_cookie_valid)
1357                         INP_WUNLOCK(inp);
1358 #endif
1359                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dupsyn);
1360                 if (ipopts) {
1361                         /*
1362                          * If we were remembering a previous source route,
1363                          * forget it and use the new one we've been given.
1364                          */
1365                         if (sc->sc_ipopts)
1366                                 (void) m_free(sc->sc_ipopts);
1367                         sc->sc_ipopts = ipopts;
1368                 }
1369                 /*
1370                  * Update timestamp if present.
1371                  */
1372                 if ((sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) && (to->to_flags & TOF_TS))
1373                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1374                 else
1375                         sc->sc_flags &= ~SCF_TIMESTAMP;
1376 #ifdef MAC
1377                 /*
1378                  * Since we have already unconditionally allocated label
1379                  * storage, free it up.  The syncache entry will already
1380                  * have an initialized label we can use.
1381                  */
1382                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1383 #endif
1384                 /* Retransmit SYN|ACK and reset retransmit count. */
1385                 if ((s = tcp_log_addrs(&sc->sc_inc, th, NULL, NULL))) {
1386                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: Received duplicate SYN, "
1387                             "resetting timer and retransmitting SYN|ACK\n",
1388                             s, __func__);
1389                         free(s, M_TCPLOG);
1390                 }
1391                 if (syncache_respond(sc, sch, 1, m) == 0) {
1392                         sc->sc_rxmits = 0;
1393                         syncache_timeout(sc, sch, 1);
1394                         TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1395                         TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1396                 }
1397                 SCH_UNLOCK(sch);
1398                 goto done;
1399         }
1400
1401 #ifdef TCP_RFC7413
1402         if (tfo_cookie_valid) {
1403                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1404                 sc = &scs;
1405                 goto skip_alloc;
1406         }
1407 #endif
1408
1409         sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1410         if (sc == NULL) {
1411                 /*
1412                  * The zone allocator couldn't provide more entries.
1413                  * Treat this as if the cache was full; drop the oldest
1414                  * entry and insert the new one.
1415                  */
1416                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_zonefail);
1417                 if ((sc = TAILQ_LAST(&sch->sch_bucket, sch_head)) != NULL) {
1418                         sch->sch_last_overflow = time_uptime;
1419                         syncache_drop(sc, sch);
1420                 }
1421                 sc = uma_zalloc(V_tcp_syncache.zone, M_NOWAIT | M_ZERO);
1422                 if (sc == NULL) {
1423                         if (V_tcp_syncookies) {
1424                                 bzero(&scs, sizeof(scs));
1425                                 sc = &scs;
1426                         } else {
1427                                 SCH_UNLOCK(sch);
1428                                 if (ipopts)
1429                                         (void) m_free(ipopts);
1430                                 goto done;
1431                         }
1432                 }
1433         }
1434
1435 #ifdef TCP_RFC7413
1436 skip_alloc:
1437         if (!tfo_cookie_valid && tfo_response_cookie_valid)
1438                 sc->sc_tfo_cookie = &tfo_response_cookie;
1439 #endif
1440
1441         /*
1442          * Fill in the syncache values.
1443          */
1444 #ifdef MAC
1445         sc->sc_label = maclabel;
1446 #endif
1447         sc->sc_cred = cred;
1448         cred = NULL;
1449         sc->sc_ipopts = ipopts;
1450         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
1451 #ifdef INET6
1452         if (!(inc->inc_flags & INC_ISIPV6))
1453 #endif
1454         {
1455                 sc->sc_ip_tos = ip_tos;
1456                 sc->sc_ip_ttl = ip_ttl;
1457         }
1458 #ifdef TCP_OFFLOAD
1459         sc->sc_tod = tod;
1460         sc->sc_todctx = todctx;
1461 #endif
1462         sc->sc_irs = th->th_seq;
1463         sc->sc_iss = arc4random();
1464         sc->sc_flags = 0;
1465         sc->sc_flowlabel = 0;
1466
1467         /*
1468          * Initial receive window: clip sbspace to [0 .. TCP_MAXWIN].
1469          * win was derived from socket earlier in the function.
1470          */
1471         win = imax(win, 0);
1472         win = imin(win, TCP_MAXWIN);
1473         sc->sc_wnd = win;
1474
1475         if (V_tcp_do_rfc1323) {
1476                 /*
1477                  * A timestamp received in a SYN makes
1478                  * it ok to send timestamp requests and replies.
1479                  */
1480                 if (to->to_flags & TOF_TS) {
1481                         sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
1482                         sc->sc_ts = tcp_ts_getticks();
1483                         sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
1484                 }
1485                 if (to->to_flags & TOF_SCALE) {
1486                         int wscale = 0;
1487
1488                         /*
1489                          * Pick the smallest possible scaling factor that
1490                          * will still allow us to scale up to sb_max, aka
1491                          * kern.ipc.maxsockbuf.
1492                          *
1493                          * We do this because there are broken firewalls that
1494                          * will corrupt the window scale option, leading to
1495                          * the other endpoint believing that our advertised
1496                          * window is unscaled.  At scale factors larger than
1497                          * 5 the unscaled window will drop below 1500 bytes,
1498                          * leading to serious problems when traversing these
1499                          * broken firewalls.
1500                          *
1501                          * With the default maxsockbuf of 256K, a scale factor
1502                          * of 3 will be chosen by this algorithm.  Those who
1503                          * choose a larger maxsockbuf should watch out
1504                          * for the compatibility problems mentioned above.
1505                          *
1506                          * RFC1323: The Window field in a SYN (i.e., a <SYN>
1507                          * or <SYN,ACK>) segment itself is never scaled.
1508                          */
1509                         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT &&
1510                             (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
1511                                 wscale++;
1512                         sc->sc_requested_r_scale = wscale;
1513                         sc->sc_requested_s_scale = to->to_wscale;
1514                         sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
1515                 }
1516         }
1517 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1518         /*
1519          * If listening socket requested TCP digests, flag this in the
1520          * syncache so that syncache_respond() will do the right thing
1521          * with the SYN+ACK.
1522          */
1523         if (ltflags & TF_SIGNATURE)
1524                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
1525 #endif  /* TCP_SIGNATURE */
1526         if (to->to_flags & TOF_SACKPERM)
1527                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
1528         if (to->to_flags & TOF_MSS)
1529                 sc->sc_peer_mss = to->to_mss;   /* peer mss may be zero */
1530         if (ltflags & TF_NOOPT)
1531                 sc->sc_flags |= SCF_NOOPT;
1532         if ((th->th_flags & (TH_ECE|TH_CWR)) && V_tcp_do_ecn)
1533                 sc->sc_flags |= SCF_ECN;
1534
1535         if (V_tcp_syncookies)
1536                 sc->sc_iss = syncookie_generate(sch, sc);
1537 #ifdef INET6
1538         if (autoflowlabel) {
1539                 if (V_tcp_syncookies)
1540                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss;
1541                 else
1542                         sc->sc_flowlabel = ip6_randomflowlabel();
1543                 sc->sc_flowlabel = htonl(sc->sc_flowlabel) & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1544         }
1545 #endif
1546         SCH_UNLOCK(sch);
1547
1548 #ifdef TCP_RFC7413
1549         if (tfo_cookie_valid) {
1550                 syncache_tfo_expand(sc, lsop, m, tfo_response_cookie);
1551                 /* INP_WUNLOCK(inp) will be performed by the called */
1552                 rv = 1;
1553                 goto tfo_done;
1554         }
1555 #endif
1556
1557         /*
1558          * Do a standard 3-way handshake.
1559          */
1560         if (syncache_respond(sc, sch, 0, m) == 0) {
1561                 if (V_tcp_syncookies && V_tcp_syncookiesonly && sc != &scs)
1562                         syncache_free(sc);
1563                 else if (sc != &scs)
1564                         syncache_insert(sc, sch);   /* locks and unlocks sch */
1565                 TCPSTAT_INC(tcps_sndacks);
1566                 TCPSTAT_INC(tcps_sndtotal);
1567         } else {
1568                 if (sc != &scs)
1569                         syncache_free(sc);
1570                 TCPSTAT_INC(tcps_sc_dropped);
1571         }
1572
1573 done:
1574         if (m) {
1575                 *lsop = NULL;
1576                 m_freem(m);
1577         }
1578 #ifdef TCP_RFC7413
1579 tfo_done:
1580 #endif
1581         if (cred != NULL)
1582                 crfree(cred);
1583 #ifdef MAC
1584         if (sc == &scs)
1585                 mac_syncache_destroy(&maclabel);
1586 #endif
1587         return (rv);
1588 }
1589
1590 /*
1591  * Send SYN|ACK to the peer.  Either in response to the peer's SYN,
1592  * i.e. m0 != NULL, or upon 3WHS ACK timeout, i.e. m0 == NULL.
1593  */
1594 static int
1595 syncache_respond(struct syncache *sc, struct syncache_head *sch, int locked,
1596     const struct mbuf *m0)
1597 {
1598         struct ip *ip = NULL;
1599         struct mbuf *m;
1600         struct tcphdr *th = NULL;
1601         int optlen, error = 0;  /* Make compiler happy */
1602         u_int16_t hlen, tlen, mssopt;
1603         struct tcpopt to;
1604 #ifdef INET6
1605         struct ip6_hdr *ip6 = NULL;
1606 #endif
1607         hlen =
1608 #ifdef INET6
1609                (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) ? sizeof(struct ip6_hdr) :
1610 #endif
1611                 sizeof(struct ip);
1612         tlen = hlen + sizeof(struct tcphdr);
1613
1614         /* Determine MSS we advertize to other end of connection. */
1615         mssopt = tcp_mssopt(&sc->sc_inc);
1616         if (sc->sc_peer_mss)
1617                 mssopt = max( min(sc->sc_peer_mss, mssopt), V_tcp_minmss);
1618
1619         /* XXX: Assume that the entire packet will fit in a header mbuf. */
1620         KASSERT(max_linkhdr + tlen + TCP_MAXOLEN <= MHLEN,
1621             ("syncache: mbuf too small"));
1622
1623         /* Create the IP+TCP header from scratch. */
1624         m = m_gethdr(M_NOWAIT, MT_DATA);
1625         if (m == NULL)
1626                 return (ENOBUFS);
1627 #ifdef MAC
1628         mac_syncache_create_mbuf(sc->sc_label, m);
1629 #endif
1630         m->m_data += max_linkhdr;
1631         m->m_len = tlen;
1632         m->m_pkthdr.len = tlen;
1633         m->m_pkthdr.rcvif = NULL;
1634
1635 #ifdef INET6
1636         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1637                 ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);
1638                 ip6->ip6_vfc = IPV6_VERSION;
1639                 ip6->ip6_nxt = IPPROTO_TCP;
1640                 ip6->ip6_src = sc->sc_inc.inc6_laddr;
1641                 ip6->ip6_dst = sc->sc_inc.inc6_faddr;
1642                 ip6->ip6_plen = htons(tlen - hlen);
1643                 /* ip6_hlim is set after checksum */
1644                 ip6->ip6_flow &= ~IPV6_FLOWLABEL_MASK;
1645                 ip6->ip6_flow |= sc->sc_flowlabel;
1646
1647                 th = (struct tcphdr *)(ip6 + 1);
1648         }
1649 #endif
1650 #if defined(INET6) && defined(INET)
1651         else
1652 #endif
1653 #ifdef INET
1654         {
1655                 ip = mtod(m, struct ip *);
1656                 ip->ip_v = IPVERSION;
1657                 ip->ip_hl = sizeof(struct ip) >> 2;
1658                 ip->ip_len = htons(tlen);
1659                 ip->ip_id = 0;
1660                 ip->ip_off = 0;
1661                 ip->ip_sum = 0;
1662                 ip->ip_p = IPPROTO_TCP;
1663                 ip->ip_src = sc->sc_inc.inc_laddr;
1664                 ip->ip_dst = sc->sc_inc.inc_faddr;
1665                 ip->ip_ttl = sc->sc_ip_ttl;
1666                 ip->ip_tos = sc->sc_ip_tos;
1667
1668                 /*
1669                  * See if we should do MTU discovery.  Route lookups are
1670                  * expensive, so we will only unset the DF bit if:
1671                  *
1672                  *      1) path_mtu_discovery is disabled
1673                  *      2) the SCF_UNREACH flag has been set
1674                  */
1675                 if (V_path_mtu_discovery && ((sc->sc_flags & SCF_UNREACH) == 0))
1676                        ip->ip_off |= htons(IP_DF);
1677
1678                 th = (struct tcphdr *)(ip + 1);
1679         }
1680 #endif /* INET */
1681         th->th_sport = sc->sc_inc.inc_lport;
1682         th->th_dport = sc->sc_inc.inc_fport;
1683
1684         th->th_seq = htonl(sc->sc_iss);
1685         th->th_ack = htonl(sc->sc_irs + 1);
1686         th->th_off = sizeof(struct tcphdr) >> 2;
1687         th->th_x2 = 0;
1688         th->th_flags = TH_SYN|TH_ACK;
1689         th->th_win = htons(sc->sc_wnd);
1690         th->th_urp = 0;
1691
1692         if (sc->sc_flags & SCF_ECN) {
1693                 th->th_flags |= TH_ECE;
1694                 TCPSTAT_INC(tcps_ecn_shs);
1695         }
1696
1697         /* Tack on the TCP options. */
1698         if ((sc->sc_flags & SCF_NOOPT) == 0) {
1699                 to.to_flags = 0;
1700
1701                 to.to_mss = mssopt;
1702                 to.to_flags = TOF_MSS;
1703                 if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1704                         to.to_wscale = sc->sc_requested_r_scale;
1705                         to.to_flags |= TOF_SCALE;
1706                 }
1707                 if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
1708                         /* Virgin timestamp or TCP cookie enhanced one. */
1709                         to.to_tsval = sc->sc_ts;
1710                         to.to_tsecr = sc->sc_tsreflect;
1711                         to.to_flags |= TOF_TS;
1712                 }
1713                 if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1714                         to.to_flags |= TOF_SACKPERM;
1715 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1716                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE)
1717                         to.to_flags |= TOF_SIGNATURE;
1718 #endif
1719 #ifdef TCP_RFC7413
1720                 if (sc->sc_tfo_cookie) {
1721                         to.to_flags |= TOF_FASTOPEN;
1722                         to.to_tfo_len = TCP_FASTOPEN_COOKIE_LEN;
1723                         to.to_tfo_cookie = sc->sc_tfo_cookie;
1724                         /* don't send cookie again when retransmitting response */
1725                         sc->sc_tfo_cookie = NULL;
1726                 }
1727 #endif
1728                 optlen = tcp_addoptions(&to, (u_char *)(th + 1));
1729
1730                 /* Adjust headers by option size. */
1731                 th->th_off = (sizeof(struct tcphdr) + optlen) >> 2;
1732                 m->m_len += optlen;
1733                 m->m_pkthdr.len += optlen;
1734 #ifdef INET6
1735                 if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
1736                         ip6->ip6_plen = htons(ntohs(ip6->ip6_plen) + optlen);
1737                 else
1738 #endif
1739                         ip->ip_len = htons(ntohs(ip->ip_len) + optlen);
1740 #if defined(IPSEC_SUPPORT) || defined(TCP_SIGNATURE)
1741                 if (sc->sc_flags & SCF_SIGNATURE) {
1742                         KASSERT(to.to_flags & TOF_SIGNATURE,
1743                             ("tcp_addoptions() didn't set tcp_signature"));
1744
1745                         /* NOTE: to.to_signature is inside of mbuf */
1746                         if (!TCPMD5_ENABLED() ||
1747                             TCPMD5_OUTPUT(m, th, to.to_signature) != 0) {
1748                                 m_freem(m);
1749                                 return (EACCES);
1750                         }
1751                 }
1752 #endif
1753         } else
1754                 optlen = 0;
1755
1756         M_SETFIB(m, sc->sc_inc.inc_fibnum);
1757         m->m_pkthdr.csum_data = offsetof(struct tcphdr, th_sum);
1758         /*
1759          * If we have peer's SYN and it has a flowid, then let's assign it to
1760          * our SYN|ACK.  ip6_output() and ip_output() will not assign flowid
1761          * to SYN|ACK due to lack of inp here.
1762          */
1763         if (m0 != NULL && M_HASHTYPE_GET(m0) != M_HASHTYPE_NONE) {
1764                 m->m_pkthdr.flowid = m0->m_pkthdr.flowid;
1765                 M_HASHTYPE_SET(m, M_HASHTYPE_GET(m0));
1766         }
1767 #ifdef INET6
1768         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6) {
1769                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP_IPV6;
1770                 th->th_sum = in6_cksum_pseudo(ip6, tlen + optlen - hlen,
1771                     IPPROTO_TCP, 0);
1772                 ip6->ip6_hlim = in6_selecthlim(NULL, NULL);
1773 #ifdef TCP_OFFLOAD
1774                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1775                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1776
1777                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1778
1779                         return (error);
1780                 }
1781 #endif
1782                 error = ip6_output(m, NULL, NULL, 0, NULL, NULL, NULL);
1783         }
1784 #endif
1785 #if defined(INET6) && defined(INET)
1786         else
1787 #endif
1788 #ifdef INET
1789         {
1790                 m->m_pkthdr.csum_flags = CSUM_TCP;
1791                 th->th_sum = in_pseudo(ip->ip_src.s_addr, ip->ip_dst.s_addr,
1792                     htons(tlen + optlen - hlen + IPPROTO_TCP));
1793 #ifdef TCP_OFFLOAD
1794                 if (ADDED_BY_TOE(sc)) {
1795                         struct toedev *tod = sc->sc_tod;
1796
1797                         error = tod->tod_syncache_respond(tod, sc->sc_todctx, m);
1798
1799                         return (error);
1800                 }
1801 #endif
1802                 error = ip_output(m, sc->sc_ipopts, NULL, 0, NULL, NULL);
1803         }
1804 #endif
1805         return (error);
1806 }
1807
1808 /*
1809  * The purpose of syncookies is to handle spoofed SYN flooding DoS attacks
1810  * that exceed the capacity of the syncache by avoiding the storage of any
1811  * of the SYNs we receive.  Syncookies defend against blind SYN flooding
1812  * attacks where the attacker does not have access to our responses.
1813  *
1814  * Syncookies encode and include all necessary information about the
1815  * connection setup within the SYN|ACK that we send back.  That way we
1816  * can avoid keeping any local state until the ACK to our SYN|ACK returns
1817  * (if ever).  Normally the syncache and syncookies are running in parallel
1818  * with the latter taking over when the former is exhausted.  When matching
1819  * syncache entry is found the syncookie is ignored.
1820  *
1821  * The only reliable information persisting the 3WHS is our initial sequence
1822  * number ISS of 32 bits.  Syncookies embed a cryptographically sufficient
1823  * strong hash (MAC) value and a few bits of TCP SYN options in the ISS
1824  * of our SYN|ACK.  The MAC can be recomputed when the ACK to our SYN|ACK
1825  * returns and signifies a legitimate connection if it matches the ACK.
1826  *
1827  * The available space of 32 bits to store the hash and to encode the SYN
1828  * option information is very tight and we should have at least 24 bits for
1829  * the MAC to keep the number of guesses by blind spoofing reasonably high.
1830  *
1831  * SYN option information we have to encode to fully restore a connection:
1832  * MSS: is imporant to chose an optimal segment size to avoid IP level
1833  *   fragmentation along the path.  The common MSS values can be encoded
1834  *   in a 3-bit table.  Uncommon values are captured by the next lower value
1835  *   in the table leading to a slight increase in packetization overhead.
1836  * WSCALE: is necessary to allow large windows to be used for high delay-
1837  *   bandwidth product links.  Not scaling the window when it was initially
1838  *   negotiated is bad for performance as lack of scaling further decreases
1839  *   the apparent available send window.  We only need to encode the WSCALE
1840  *   we received from the remote end.  Our end can be recalculated at any
1841  *   time.  The common WSCALE values can be encoded in a 3-bit table.
1842  *   Uncommon values are captured by the next lower value in the table
1843  *   making us under-estimate the available window size halving our
1844  *   theoretically possible maximum throughput for that connection.
1845  * SACK: Greatly assists in packet loss recovery and requires 1 bit.
1846  * TIMESTAMP and SIGNATURE is not encoded because they are permanent options
1847  *   that are included in all segments on a connection.  We enable them when
1848  *   the ACK has them.
1849  *
1850  * Security of syncookies and attack vectors:
1851  *
1852  * The MAC is computed over (faddr||laddr||fport||lport||irs||flags||secmod)
1853  * together with the gloabl secret to make it unique per connection attempt.
1854  * Thus any change of any of those parameters results in a different MAC output
1855  * in an unpredictable way unless a collision is encountered.  24 bits of the
1856  * MAC are embedded into the ISS.
1857  *
1858  * To prevent replay attacks two rotating global secrets are updated with a
1859  * new random value every 15 seconds.  The life-time of a syncookie is thus
1860  * 15-30 seconds.
1861  *
1862  * Vector 1: Attacking the secret.  This requires finding a weakness in the
1863  * MAC itself or the way it is used here.  The attacker can do a chosen plain
1864  * text attack by varying and testing the all parameters under his control.
1865  * The strength depends on the size and randomness of the secret, and the
1866  * cryptographic security of the MAC function.  Due to the constant updating
1867  * of the secret the attacker has at most 29.999 seconds to find the secret
1868  * and launch spoofed connections.  After that he has to start all over again.
1869  *
1870  * Vector 2: Collision attack on the MAC of a single ACK.  With a 24 bit MAC
1871  * size an average of 4,823 attempts are required for a 50% chance of success
1872  * to spoof a single syncookie (birthday collision paradox).  However the
1873  * attacker is blind and doesn't know if one of his attempts succeeded unless
1874  * he has a side channel to interfere success from.  A single connection setup
1875  * success average of 90% requires 8,790 packets, 99.99% requires 17,578 packets.
1876  * This many attempts are required for each one blind spoofed connection.  For
1877  * every additional spoofed connection he has to launch another N attempts.
1878  * Thus for a sustained rate 100 spoofed connections per second approximately
1879  * 1,800,000 packets per second would have to be sent.
1880  *
1881  * NB: The MAC function should be fast so that it doesn't become a CPU
1882  * exhaustion attack vector itself.
1883  *
1884  * References:
1885  *  RFC4987 TCP SYN Flooding Attacks and Common Mitigations
1886  *  SYN cookies were first proposed by cryptographer Dan J. Bernstein in 1996
1887  *   http://cr.yp.to/syncookies.html    (overview)
1888  *   http://cr.yp.to/syncookies/archive (details)
1889  *
1890  *
1891  * Schematic construction of a syncookie enabled Initial Sequence Number:
1892  *  0        1         2         3
1893  *  12345678901234567890123456789012
1894  * |xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxWWWMMMSP|
1895  *
1896  *  x 24 MAC (truncated)
1897  *  W  3 Send Window Scale index
1898  *  M  3 MSS index
1899  *  S  1 SACK permitted
1900  *  P  1 Odd/even secret
1901  */
1902
1903 /*
1904  * Distribution and probability of certain MSS values.  Those in between are
1905  * rounded down to the next lower one.
1906  * [An Analysis of TCP Maximum Segment Sizes, S. Alcock and R. Nelson, 2011]
1907  *                            .2%  .3%   5%    7%    7%    20%   15%   45%
1908  */
1909 static int tcp_sc_msstab[] = { 216, 536, 1200, 1360, 1400, 1440, 1452, 1460 };
1910
1911 /*
1912  * Distribution and probability of certain WSCALE values.  We have to map the
1913  * (send) window scale (shift) option with a range of 0-14 from 4 bits into 3
1914  * bits based on prevalence of certain values.  Where we don't have an exact
1915  * match for are rounded down to the next lower one letting us under-estimate
1916  * the true available window.  At the moment this would happen only for the
1917  * very uncommon values 3, 5 and those above 8 (more than 16MB socket buffer
1918  * and window size).  The absence of the WSCALE option (no scaling in either
1919  * direction) is encoded with index zero.
1920  * [WSCALE values histograms, Allman, 2012]
1921  *                            X 10 10 35  5  6 14 10%   by host
1922  *                            X 11  4  5  5 18 49  3%   by connections
1923  */
1924 static int tcp_sc_wstab[] = { 0, 0, 1, 2, 4, 6, 7, 8 };
1925
1926 /*
1927  * Compute the MAC for the SYN cookie.  SIPHASH-2-4 is chosen for its speed
1928  * and good cryptographic properties.
1929  */
1930 static uint32_t
1931 syncookie_mac(struct in_conninfo *inc, tcp_seq irs, uint8_t flags,
1932     uint8_t *secbits, uintptr_t secmod)
1933 {
1934         SIPHASH_CTX ctx;
1935         uint32_t siphash[2];
1936
1937         SipHash24_Init(&ctx);
1938         SipHash_SetKey(&ctx, secbits);
1939         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
1940 #ifdef INET
1941         case 0:
1942                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_faddr, sizeof(inc->inc_faddr));
1943                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_laddr, sizeof(inc->inc_laddr));
1944                 break;
1945 #endif
1946 #ifdef INET6
1947         case INC_ISIPV6:
1948                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_faddr, sizeof(inc->inc6_faddr));
1949                 SipHash_Update(&ctx, &inc->inc6_laddr, sizeof(inc->inc6_laddr));
1950                 break;
1951 #endif
1952         }
1953         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_fport, sizeof(inc->inc_fport));
1954         SipHash_Update(&ctx, &inc->inc_lport, sizeof(inc->inc_lport));
1955         SipHash_Update(&ctx, &irs, sizeof(irs));
1956         SipHash_Update(&ctx, &flags, sizeof(flags));
1957         SipHash_Update(&ctx, &secmod, sizeof(secmod));
1958         SipHash_Final((u_int8_t *)&siphash, &ctx);
1959
1960         return (siphash[0] ^ siphash[1]);
1961 }
1962
1963 static tcp_seq
1964 syncookie_generate(struct syncache_head *sch, struct syncache *sc)
1965 {
1966         u_int i, mss, secbit, wscale;
1967         uint32_t iss, hash;
1968         uint8_t *secbits;
1969         union syncookie cookie;
1970
1971         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
1972
1973         cookie.cookie = 0;
1974
1975         /* Map our computed MSS into the 3-bit index. */
1976         mss = min(tcp_mssopt(&sc->sc_inc), max(sc->sc_peer_mss, V_tcp_minmss));
1977         for (i = nitems(tcp_sc_msstab) - 1; tcp_sc_msstab[i] > mss && i > 0;
1978              i--)
1979                 ;
1980         cookie.flags.mss_idx = i;
1981
1982         /*
1983          * Map the send window scale into the 3-bit index but only if
1984          * the wscale option was received.
1985          */
1986         if (sc->sc_flags & SCF_WINSCALE) {
1987                 wscale = sc->sc_requested_s_scale;
1988                 for (i = nitems(tcp_sc_wstab) - 1;
1989                     tcp_sc_wstab[i] > wscale && i > 0;
1990                      i--)
1991                         ;
1992                 cookie.flags.wscale_idx = i;
1993         }
1994
1995         /* Can we do SACK? */
1996         if (sc->sc_flags & SCF_SACK)
1997                 cookie.flags.sack_ok = 1;
1998
1999         /* Which of the two secrets to use. */
2000         secbit = sch->sch_sc->secret.oddeven & 0x1;
2001         cookie.flags.odd_even = secbit;
2002
2003         secbits = sch->sch_sc->secret.key[secbit];
2004         hash = syncookie_mac(&sc->sc_inc, sc->sc_irs, cookie.cookie, secbits,
2005             (uintptr_t)sch);
2006
2007         /*
2008          * Put the flags into the hash and XOR them to get better ISS number
2009          * variance.  This doesn't enhance the cryptographic strength and is
2010          * done to prevent the 8 cookie bits from showing up directly on the
2011          * wire.
2012          */
2013         iss = hash & ~0xff;
2014         iss |= cookie.cookie ^ (hash >> 24);
2015
2016         /* Randomize the timestamp. */
2017         if (sc->sc_flags & SCF_TIMESTAMP) {
2018                 sc->sc_ts = arc4random();
2019                 sc->sc_tsoff = sc->sc_ts - tcp_ts_getticks();
2020         }
2021
2022         TCPSTAT_INC(tcps_sc_sendcookie);
2023         return (iss);
2024 }
2025
2026 static struct syncache *
2027 syncookie_lookup(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch, 
2028     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2029     struct socket *lso)
2030 {
2031         uint32_t hash;
2032         uint8_t *secbits;
2033         tcp_seq ack, seq;
2034         int wnd, wscale = 0;
2035         union syncookie cookie;
2036
2037         SCH_LOCK_ASSERT(sch);
2038
2039         /*
2040          * Pull information out of SYN-ACK/ACK and revert sequence number
2041          * advances.
2042          */
2043         ack = th->th_ack - 1;
2044         seq = th->th_seq - 1;
2045
2046         /*
2047          * Unpack the flags containing enough information to restore the
2048          * connection.
2049          */
2050         cookie.cookie = (ack & 0xff) ^ (ack >> 24);
2051
2052         /* Which of the two secrets to use. */
2053         secbits = sch->sch_sc->secret.key[cookie.flags.odd_even];
2054
2055         hash = syncookie_mac(inc, seq, cookie.cookie, secbits, (uintptr_t)sch);
2056
2057         /* The recomputed hash matches the ACK if this was a genuine cookie. */
2058         if ((ack & ~0xff) != (hash & ~0xff))
2059                 return (NULL);
2060
2061         /* Fill in the syncache values. */
2062         sc->sc_flags = 0;
2063         bcopy(inc, &sc->sc_inc, sizeof(struct in_conninfo));
2064         sc->sc_ipopts = NULL;
2065         
2066         sc->sc_irs = seq;
2067         sc->sc_iss = ack;
2068
2069         switch (inc->inc_flags & INC_ISIPV6) {
2070 #ifdef INET
2071         case 0:
2072                 sc->sc_ip_ttl = sotoinpcb(lso)->inp_ip_ttl;
2073                 sc->sc_ip_tos = sotoinpcb(lso)->inp_ip_tos;
2074                 break;
2075 #endif
2076 #ifdef INET6
2077         case INC_ISIPV6:
2078                 if (sotoinpcb(lso)->inp_flags & IN6P_AUTOFLOWLABEL)
2079                         sc->sc_flowlabel = sc->sc_iss & IPV6_FLOWLABEL_MASK;
2080                 break;
2081 #endif
2082         }
2083
2084         sc->sc_peer_mss = tcp_sc_msstab[cookie.flags.mss_idx];
2085
2086         /* We can simply recompute receive window scale we sent earlier. */
2087         while (wscale < TCP_MAX_WINSHIFT && (TCP_MAXWIN << wscale) < sb_max)
2088                 wscale++;
2089
2090         /* Only use wscale if it was enabled in the orignal SYN. */
2091         if (cookie.flags.wscale_idx > 0) {
2092                 sc->sc_requested_r_scale = wscale;
2093                 sc->sc_requested_s_scale = tcp_sc_wstab[cookie.flags.wscale_idx];
2094                 sc->sc_flags |= SCF_WINSCALE;
2095         }
2096
2097         wnd = sbspace(&lso->so_rcv);
2098         wnd = imax(wnd, 0);
2099         wnd = imin(wnd, TCP_MAXWIN);
2100         sc->sc_wnd = wnd;
2101
2102         if (cookie.flags.sack_ok)
2103                 sc->sc_flags |= SCF_SACK;
2104
2105         if (to->to_flags & TOF_TS) {
2106                 sc->sc_flags |= SCF_TIMESTAMP;
2107                 sc->sc_tsreflect = to->to_tsval;
2108                 sc->sc_ts = to->to_tsecr;
2109                 sc->sc_tsoff = to->to_tsecr - tcp_ts_getticks();
2110         }
2111
2112         if (to->to_flags & TOF_SIGNATURE)
2113                 sc->sc_flags |= SCF_SIGNATURE;
2114
2115         sc->sc_rxmits = 0;
2116
2117         TCPSTAT_INC(tcps_sc_recvcookie);
2118         return (sc);
2119 }
2120
2121 #ifdef INVARIANTS
2122 static int
2123 syncookie_cmp(struct in_conninfo *inc, struct syncache_head *sch,
2124     struct syncache *sc, struct tcphdr *th, struct tcpopt *to,
2125     struct socket *lso)
2126 {
2127         struct syncache scs, *scx;
2128         char *s;
2129
2130         bzero(&scs, sizeof(scs));
2131         scx = syncookie_lookup(inc, sch, &scs, th, to, lso);
2132
2133         if ((s = tcp_log_addrs(inc, th, NULL, NULL)) == NULL)
2134                 return (0);
2135
2136         if (scx != NULL) {
2137                 if (sc->sc_peer_mss != scx->sc_peer_mss)
2138                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: mss different %i vs %i\n",
2139                             s, __func__, sc->sc_peer_mss, scx->sc_peer_mss);
2140
2141                 if (sc->sc_requested_r_scale != scx->sc_requested_r_scale)
2142                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: rwscale different %i vs %i\n",
2143                             s, __func__, sc->sc_requested_r_scale,
2144                             scx->sc_requested_r_scale);
2145
2146                 if (sc->sc_requested_s_scale != scx->sc_requested_s_scale)
2147                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: swscale different %i vs %i\n",
2148                             s, __func__, sc->sc_requested_s_scale,
2149                             scx->sc_requested_s_scale);
2150
2151                 if ((sc->sc_flags & SCF_SACK) != (scx->sc_flags & SCF_SACK))
2152                         log(LOG_DEBUG, "%s; %s: SACK different\n", s, __func__);
2153         }
2154
2155         if (s != NULL)
2156                 free(s, M_TCPLOG);
2157         return (0);
2158 }
2159 #endif /* INVARIANTS */
2160
2161 static void
2162 syncookie_reseed(void *arg)
2163 {
2164         struct tcp_syncache *sc = arg;
2165         uint8_t *secbits;
2166         int secbit;
2167
2168         /*
2169          * Reseeding the secret doesn't have to be protected by a lock.
2170          * It only must be ensured that the new random values are visible
2171          * to all CPUs in a SMP environment.  The atomic with release
2172          * semantics ensures that.
2173          */
2174         secbit = (sc->secret.oddeven & 0x1) ? 0 : 1;
2175         secbits = sc->secret.key[secbit];
2176         arc4rand(secbits, SYNCOOKIE_SECRET_SIZE, 0);
2177         atomic_add_rel_int(&sc->secret.oddeven, 1);
2178
2179         /* Reschedule ourself. */
2180         callout_schedule(&sc->secret.reseed, SYNCOOKIE_LIFETIME * hz);
2181 }
2182
2183 /*
2184  * Exports the syncache entries to userland so that netstat can display
2185  * them alongside the other sockets.  This function is intended to be
2186  * called only from tcp_pcblist.
2187  *
2188  * Due to concurrency on an active system, the number of pcbs exported
2189  * may have no relation to max_pcbs.  max_pcbs merely indicates the
2190  * amount of space the caller allocated for this function to use.
2191  */
2192 int
2193 syncache_pcblist(struct sysctl_req *req, int max_pcbs, int *pcbs_exported)
2194 {
2195         struct xtcpcb xt;
2196         struct syncache *sc;
2197         struct syncache_head *sch;
2198         int count, error, i;
2199
2200         for (count = 0, error = 0, i = 0; i < V_tcp_syncache.hashsize; i++) {
2201                 sch = &V_tcp_syncache.hashbase[i];
2202                 SCH_LOCK(sch);
2203                 TAILQ_FOREACH(sc, &sch->sch_bucket, sc_hash) {
2204                         if (count >= max_pcbs) {
2205                                 SCH_UNLOCK(sch);
2206                                 goto exit;
2207                         }
2208                         if (cr_cansee(req->td->td_ucred, sc->sc_cred) != 0)
2209                                 continue;
2210                         bzero(&xt, sizeof(xt));
2211                         xt.xt_len = sizeof(xt);
2212                         if (sc->sc_inc.inc_flags & INC_ISIPV6)
2213                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV6;
2214                         else
2215                                 xt.xt_inp.inp_vflag = INP_IPV4;
2216                         bcopy(&sc->sc_inc, &xt.xt_inp.inp_inc, sizeof (struct in_conninfo));
2217                         xt.xt_tp.t_inpcb = &xt.xt_inp;
2218                         xt.xt_tp.t_state = TCPS_SYN_RECEIVED;
2219                         xt.xt_socket.xso_protocol = IPPROTO_TCP;
2220                         xt.xt_socket.xso_len = sizeof (struct xsocket);
2221                         xt.xt_socket.so_type = SOCK_STREAM;
2222                         xt.xt_socket.so_state = SS_ISCONNECTING;
2223                         error = SYSCTL_OUT(req, &xt, sizeof xt);
2224                         if (error) {
2225                                 SCH_UNLOCK(sch);
2226                                 goto exit;
2227                         }
2228                         count++;
2229                 }
2230                 SCH_UNLOCK(sch);
2231         }
2232 exit:
2233         *pcbs_exported = count;
2234         return error;
2235 }